بررسي مشخصات پرش هيدروليكي بر روي بستر زبر با تراكم و آرايش‌هاي مختلف زبري

Investigation of Hydraulic Jump Characteristics on Rough Bed with Different Density and Arrangements of Roughness Elements

پرش هيدروليكي يك جريان متغير سريع در مجاري روباز است كه نقش موثري در استهلاك انرژي جنبشي جريان در پايين دست سازه هاي آبي ايفا مي كند. در تحقيق حاضر خصوصيات پرش هيدروليكي شامل عمق ثانويه پرش، اتلاف انرژي، ضريب تنش برشي بستر و پروفيل هاي سرعت در مقاطع مختلف پرش بر روي بستر زبر با اجزاي زبر غيرممتد لوزي شكل مورد بررسي قرار گرفت. آزمايش ها در محدوده اعداد فرود 4.3 تا 12.4 در سه تراكم و چهار آرايش زبري تركيبي انجام شد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد پروفيل هاي سرعت بر روي بسترهاي زبر مشابه و با پروفيل سرعت جت آب بر روي بستر صاف متفاوت مي باشند. مقدار ضخامت لايه مرزي بي بعد در بستر زبر برابر 0.53 محاسبه شد كه از مقدار ضخامت لايه مرزي در بستر صاف، 0.16، بيشتر است. با افزايش تراكم زبري تنش برشي بستر ناشي از تاثير متقابل جريان فوق بحراني بالادست با بستر زبر افزايش يافته در نتيجه باعث افزايش استهلاك انرژي و در نتيجه كاهش عمق ثانويه مي شود. در آرايش تركيب زبري سه تايي با تراكم 10.67 درصد، بيشترين مقدار كاهش عمق ثانويه برابر با 29.39 درصد مي باشد كه ميزان افزايش استهلاك انرژي نسبت به پرش هيدروليكي بر روي بستر صاف به طور متوسط 10.94 درصد و ضريب تنش برشي در بستر زبر به طور متوسط 13.45 برابر بستر صاف به دست آمد.

Hydraulic jump is a rapidly varied flow in open channels which performs an effective role in dissipation of the kinetic energy of flow at downstream of water structures. In the present study the characteristics of hydraulic jump, including sequent depth, energy dissipation, bed shear stress and velocity profiles at different sections, on rough bed with discontinuous roughness elements of lozenge shape have been investigated. The experiments were carried out for a range of Froude number values from 4.3 to 12.4 in three roughness densities and four combined arrangements of roughness elements. The results of this study showed that the velocity profiles on rough beds were similar but somehow different from those of wall jet on smooth bed. The dimensionless boundary layer thickness was 0.53 on rough bed that was more than corresponding value on smooth bed with the amount of 0.16. As the roughness density increased the bed shear stress produced by the interaction of upstream supercritical flow with the roughness elements enhanced so the energy loss increased and as a result the sequent depth decreased. In the arrangement of ternary combination of roughness elements with density of 10.67 % the maximum reduction value of the sequent depth was about 29.39%, the increase of the energy dissipation relative to hydraulic jump on smooth bed was10.94% and the bed shear stress coefficient on rough bed was about 13.54 times as much as its corresponding value on smooth bed.